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Germanio

El germanio es un elemento químico ; tiene símbolo Ge y número atómico 32. Es brillante, duro-quebradizo, de color blanco grisáceo y de apariencia similar al silicio . Es un metaloide del grupo del carbono que es químicamente similar a sus vecinos del grupo silicio y estaño . Al igual que el silicio, el germanio reacciona naturalmente y forma complejos con el oxígeno en la naturaleza.

Debido a que rara vez aparece en altas concentraciones, el germanio se encontró relativamente tarde en el descubrimiento de los elementos . El germanio ocupa el puesto 50 en abundancia relativa de los elementos de la corteza terrestre . En 1869, Dmitri Mendeleev predijo su existencia y algunas de sus propiedades a partir de su posición en su tabla periódica , y llamó al elemento ekasilicio . En 1886, Clemens Winkler de la Universidad de Freiberg encontró el nuevo elemento, junto con plata y azufre , en el mineral argirodita . Winkler nombró el elemento en honor a su país de nacimiento, Alemania . El germanio se extrae principalmente de la esfalerita (el principal mineral de zinc ), aunque el germanio también se recupera comercialmente de minerales de plata, plomo y cobre .

El germanio elemental se utiliza como semiconductor en transistores y otros dispositivos electrónicos. Históricamente, la primera década de la electrónica de semiconductores se basó enteramente en el germanio. Actualmente, los principales usos finales son los sistemas de fibra óptica , la óptica infrarroja , las aplicaciones de células solares y los diodos emisores de luz (LED). Los compuestos de germanio también se utilizan como catalizadores de polimerización y más recientemente se han encontrado uso en la producción de nanocables . Este elemento forma una gran cantidad de compuestos de organogermanio , como el tetraetilgermanio , útil en química organometálica . El germanio se considera un elemento tecnológico crítico . [8]

No se cree que el germanio sea un elemento esencial para ningún organismo vivo . Al igual que el silicio y el aluminio, los compuestos de germanio naturales tienden a ser insolubles en agua y, por lo tanto, tienen poca toxicidad oral . Sin embargo, las sales sintéticas de germanio solubles son nefrotóxicas y los compuestos sintéticos de germanio químicamente reactivos con halógenos e hidrógeno son irritantes y toxinas.

Historia

Predicción del germanio, "?=70" (tabla periódica 1869)

En su informe sobre La ley periódica de los elementos químicos de 1869, el químico ruso Dmitri Mendeleev predijo la existencia de varios elementos químicos desconocidos , incluido uno que llenaría un vacío en la familia del carbono , ubicado entre el silicio y el estaño . [9] Debido a su posición en su tabla periódica, Mendeleev lo llamó ekasilicio (Es) y estimó que su peso atómico era 70 (más tarde 72).

A mediados de 1885, en una mina cerca de Freiberg, Sajonia , se descubrió un nuevo mineral al que se denominó argirodita debido a su alto contenido de plata . [nota 1] El químico Clemens Winkler analizó este nuevo mineral, que resultó ser una combinación de plata, azufre y un nuevo elemento. Winkler pudo aislar el nuevo elemento en 1886 y lo encontró similar al antimonio . Inicialmente consideró que el nuevo elemento era eka-antimonio, pero pronto se convenció de que era eka-silicio. [11] [12] Antes de que Winkler publicara sus resultados sobre el nuevo elemento, decidió nombrar su elemento neptunio , ya que el reciente descubrimiento del planeta Neptuno en 1846 había sido precedido de manera similar por predicciones matemáticas de su existencia. [nota 2] Sin embargo, el nombre "neptunio" ya se había dado a otro elemento químico propuesto (aunque no al elemento que hoy lleva el nombre de neptunio , que fue descubierto en 1940). [nota 3] Entonces, Winkler nombró al nuevo elemento germanio (de la palabra latina Germania , para Alemania) en honor a su tierra natal. [12] Se demostró empíricamente que la argirodita era Ag 8 GeS 6 . Debido a que este nuevo elemento mostraba algunas similitudes con los elementos arsénico y antimonio, se estaba considerando su lugar apropiado en la tabla periódica, pero sus similitudes con el elemento "ekasilicio" predicho por Dmitri Mendeleev confirmaron ese lugar en la tabla periódica. [12] [19] Con material adicional de 500 kg de mineral de las minas de Sajonia, Winkler confirmó las propiedades químicas del nuevo elemento en 1887. [11] [12] [20] También determinó un peso atómico de 72,32 por análisis de tetracloruro de germanio puro ( GeCl
4), mientras que Lecoq de Boisbaudran dedujo 72,3 comparando las líneas del espectro de chispas del elemento. [21]

Winkler pudo preparar varios compuestos nuevos de germanio, incluidos fluoruros , cloruros , sulfuros , dióxido y tetraetilgermano (Ge(C 2 H 5 ) 4 ), el primer organogermano. [11] Los datos físicos de esos compuestos, que se correspondían bien con las predicciones de Mendeleev, hicieron del descubrimiento una confirmación importante de la idea de Mendeleev sobre la periodicidad de los elementos . Aquí hay una comparación entre la predicción y los datos de Winkler: [11]

Hasta finales de la década de 1930, se pensaba que el germanio era un metal poco conductor . [22] El germanio no adquirió importancia económica hasta después de 1945, cuando se reconocieron sus propiedades como semiconductor electrónico . Durante la Segunda Guerra Mundial , se utilizaron pequeñas cantidades de germanio en algunos dispositivos electrónicos especiales , principalmente diodos . [23] [24] El primer uso importante fueron los diodos Schottky de contacto puntual para la detección de pulsos de radar durante la guerra. [22] Las primeras aleaciones de silicio y germanio se obtuvieron en 1955. [25] Antes de 1945, sólo se producían unos pocos cientos de kilogramos de germanio en fundiciones cada año, pero a finales de la década de 1950, la producción anual mundial había alcanzado los 40 metros métricos . toneladas (44 toneladas cortas ). [26]

El desarrollo del transistor de germanio en 1948 [27] abrió la puerta a innumerables aplicaciones de la electrónica de estado sólido . [28] Desde 1950 hasta principios de la década de 1970, esta área proporcionó un mercado cada vez mayor para el germanio, pero luego el silicio de alta pureza comenzó a reemplazar al germanio en transistores, diodos y rectificadores . [29] Por ejemplo, la empresa que se convirtió en Fairchild Semiconductor fue fundada en 1957 con el propósito expreso de producir transistores de silicio. El silicio tiene propiedades eléctricas superiores, pero requiere una pureza mucho mayor que no se podía lograr comercialmente en los primeros años de la electrónica semiconductora . [30]

Mientras tanto, la demanda de germanio para redes de comunicación de fibra óptica , sistemas de visión nocturna por infrarrojos y catalizadores de polimerización aumentó drásticamente. [26] Estos usos finales representaron el 85% del consumo mundial de germanio en 2000. [29] El gobierno de Estados Unidos incluso designó al germanio como material estratégico y crítico, solicitando un suministro de 146  toneladas (132  toneladas ) en las reservas de defensa nacional en 1987. [26]

El germanio se diferencia del silicio en que el suministro está limitado por la disponibilidad de fuentes explotables, mientras que el suministro de silicio está limitado únicamente por la capacidad de producción, ya que el silicio proviene de arena y cuarzo comunes . Mientras que en 1998 el silicio se podía comprar por menos de 10 dólares el kg, [26] el precio del germanio era de casi 800 dólares el kg. [26]

Características

En condiciones normales , el germanio es un elemento semimetálico frágil, de color blanco plateado. [31] Esta forma constituye un alótropo conocido como α-germanio , que tiene un brillo metálico y una estructura cristalina cúbica de diamante , igual que el diamante . [29] Mientras está en forma cristalina, el germanio tiene una energía umbral de desplazamiento de . [32] A presiones superiores a 120  kbar , el germanio se convierte en el alótropo β-germanio con la misma estructura que el β- estaño . [33] Al igual que el silicio, el galio , el bismuto , el antimonio y el agua , el germanio es una de las pocas sustancias que se expande a medida que se solidifica (es decir, se congela ) desde el estado fundido. [33]

El germanio es un semiconductor que tiene una banda prohibida indirecta , al igual que el silicio cristalino. Las técnicas de refinación por zonas han llevado a la producción de germanio cristalino para semiconductores que tiene una impureza de sólo una parte en 10 10 , [34] lo que lo convierte en uno de los materiales más puros jamás obtenidos. [35] El primer material semimetálico descubierto (en 2005) que se convertía en superconductor en presencia de un campo electromagnético extremadamente fuerte fue una aleación de germanio, uranio y rodio . [36]

Se sabe que el germanio puro extruye espontáneamente dislocaciones de tornillos muy largas , denominadas bigotes de germanio . El crecimiento de estos bigotes es una de las principales razones del fallo de los diodos y transistores más antiguos fabricados con germanio, ya que, dependiendo de lo que finalmente toquen, pueden provocar un cortocircuito eléctrico . [37]

Química

El germanio elemental comienza a oxidarse lentamente en el aire a unos 250 °C, formando GeO 2 . [38] El germanio es insoluble en ácidos y álcalis diluidos , pero se disuelve lentamente en ácidos sulfúrico y nítrico concentrados calientes y reacciona violentamente con álcalis fundidos para producir germanatos ( [GeO
3]2-
). El germanio se presenta principalmente en el estado de oxidación +4, aunque se conocen muchos compuestos +2. [39] Otros estados de oxidación son raros: +3 se encuentra en compuestos como Ge 2 Cl 6 , y +3 y +1 se encuentran en la superficie de los óxidos, [40] o estados de oxidación negativos en germanidas , como -4 en mg
2Ge . Los aniones de racimo de germanio ( iones Zintl ) como Ge 4 2− , Ge 9 4− , Ge 9 2− , [(Ge 9 ) 2 ] 6− se han preparado mediante extracción de aleaciones que contienen metales alcalinos y germanio en amoníaco líquido en la presencia de etilendiamina o un criptando . [39] [41] Los estados de oxidación del elemento en estos iones no son números enteros, similar a los ozónidos O 3 − .

Se conocen dos óxidos de germanio: dióxido de germanio ( GeO
2, germania) y monóxido de germanio , ( GeO ). [33] El dióxido, GeO 2 , se puede obtener tostando disulfuro de germanio ( GeS
2), y es un polvo blanco que es ligeramente soluble en agua pero que reacciona con álcalis para formar germanatos. [33] El monóxido, óxido germano, se puede obtener mediante la reacción a alta temperatura del GeO 2 con Ge elemental. [33] El dióxido (y los óxidos y germanatos relacionados) exhibe la propiedad inusual de tener un alto índice de refracción para la luz visible, pero transparencia para la luz infrarroja . [42] [43] El germanato de bismuto , Bi 4 Ge 3 O 12 (BGO), se utiliza como centelleador . [44]

También se conocen compuestos binarios con otros calcógenos , como el disulfuro ( GeS
2) y di seleniuro ( GeSe
2), y el monosulfuro (GeS), monoselenuro (GeSe) y monotelururo ( GeTe). [39] El GeS 2 se forma como un precipitado blanco cuando se hace pasar sulfuro de hidrógeno a través de soluciones fuertemente ácidas que contienen Ge(IV). [39] El disulfuro es apreciablemente soluble en agua y en soluciones de álcalis cáusticos o sulfuros alcalinos. Sin embargo, no es soluble en agua ácida, lo que permitió a Winkler descubrir el elemento. [45] Calentando el disulfuro en una corriente de hidrógeno , se forma el monosulfuro (GeS), que se sublima en finas placas de color oscuro y brillo metálico, y es soluble en soluciones de álcalis cáusticos. [33] Al fundirse con carbonatos alcalinos y azufre , los compuestos de germanio forman sales conocidas como tiogermanatos. [46]

Estructura química esquelética de una molécula tetraédrica con un átomo de germanio en su centro unido a cuatro átomos de hidrógeno. La distancia Ge-H es de 152,51 picómetros.
Germane es similar al metano .

Se conocen cuatro tetrahaluros . En condiciones normales, el GeI 4 es un sólido, el GeF 4 un gas y los demás líquidos volátiles. Por ejemplo, el tetracloruro de germanio , GeCl 4 , se obtiene como un líquido humeante incoloro que hierve a 83,1 °C calentando el metal con cloro. [33] Todos los tetrahaluros se hidrolizan fácilmente a dióxido de germanio hidratado. [33] El GeCl 4 se utiliza en la producción de compuestos de organogermanio. [39] Los cuatro dihaluros son conocidos y, a diferencia de los tetrahaluros, son sólidos poliméricos. [39] Además, se conocen Ge 2 Cl 6 y algunos compuestos superiores de fórmula Ge n Cl 2 n +2 . [33] Se ha preparado el inusual compuesto Ge 6 Cl 16 que contiene la unidad Ge 5 Cl 12 con estructura de neopentano . [47]

Germane (GeH 4 ) es un compuesto similar en estructura al metano . Se conocen poligermanos, compuestos similares a los alcanos , de fórmula Ge n H 2 n +2 que contienen hasta cinco átomos de germanio. [39] Los germanos son menos volátiles y menos reactivos que sus correspondientes análogos de silicio. [39] GeH 4 reacciona con metales alcalinos en amoníaco líquido para formar MGeH 3 cristalino blanco que contiene el anión GeH 3 − . [39] Los hidrohaluros de germanio con uno, dos y tres átomos de halógeno son líquidos reactivos incoloros. [39]

Estructuras químicas esqueléticas que describen una reacción química aditiva que incluye un compuesto de organogermanio.
Adición nucleofílica con un compuesto de organogermanio.

El primer compuesto de organogermanio fue sintetizado por Winkler en 1887; la reacción de tetracloruro de germanio con dietilzinc produjo tetraetilgermano ( Ge(C
2h
5)
4). [11] Organogermanos del tipo R 4 Ge (donde R es un alquilo ) como el tetrametilgermano ( Ge(CH
3)
4) y tetraetilgermano se accede a través del precursor de germanio más barato disponible, tetracloruro de germanio y alquilnucleófilos. Hidruros de germanio orgánicos como isobutilgermano ( (CH
3)
2CHCH
2GeH
3) resultaron ser menos peligrosos y pueden usarse como sustituto líquido del gas tóxico relacionado en aplicaciones de semiconductores . Se conocen muchos intermediarios reactivos con germanio: radicales libres germilo , germilenos (similares a los carbenos ) y germinos (similares a los carbinos ). [48] ​​[49] El compuesto de organogermanio 2-carboxietilgermasesquioxano se informó por primera vez en la década de 1970 y durante un tiempo se usó como suplemento dietético y se pensó que posiblemente tenía cualidades antitumorales. [50]

Utilizando un ligando llamado Eind (1,1,3,3,5,5,7,7-octaetil-s-hidrindacen-4-il) el germanio es capaz de formar un doble enlace con el oxígeno (germanona). El hidruro de germanio y el tetrahidruro de germanio son muy inflamables e incluso explosivos cuando se mezclan con aire. [51]

Isótopos

El germanio se presenta en cinco isótopos naturales :70
Ge
,72
Ge
,73
Ge
,74
Ge
, y76
Ge
. De estos,76
Ge
es muy ligeramente radiactivo y se desintegra mediante desintegración beta doble con una vida media de1,78 × 10 21  años .74
Ge
Es el isótopo más común y tiene una abundancia natural de aproximadamente el 36%.76
Ge
es el menos común con una abundancia natural de aproximadamente el 7%. [52] Cuando se bombardea con partículas alfa, el isótopo72
Ge
generará estabilidad77sí, liberando electrones de alta energía en el proceso. [53] Debido a esto, se utiliza en combinación con radón para baterías nucleares . [53]

También se han sintetizado al menos 27 radioisótopos , con masas atómicas comprendidas entre 58 y 89. El más estable de ellos es68
Ge
, desintegrándose por captura de electrones con una vida media de270,95 días. El menos estable es60
Ge
, con una vida media de30  ms . Si bien la mayoría de los radioisótopos del germanio se desintegran mediante desintegración beta ,61
Ge
y64
Ge
decadencia porb+Emisión retardada de protones . [52] 84
Ge
a través de87
Ge
Los isótopos también presentan menorb−trayectorias de desintegración retardada de la emisión de neutrones . [52]

Ocurrencia

Un bloque marrón de forma y superficie irregular, de unos 6 cm de tamaño.
Renierita

El germanio se crea mediante nucleosíntesis estelar , principalmente mediante el proceso s en estrellas asintóticas de rama gigante . El proceso s es una captura lenta de neutrones de elementos más ligeros dentro de estrellas gigantes rojas pulsantes . [54] El germanio ha sido detectado en algunas de las estrellas más distantes [55] y en la atmósfera de Júpiter. [56]

La abundancia de germanio en la corteza terrestre es de aproximadamente 1,6  ppm . [57] Sólo unos pocos minerales como la argirodita , la briartita , la germanita , la renierita y la esfalerita contienen cantidades apreciables de germanio. [29] [58] Sólo unos pocos de ellos (especialmente la germanita) se encuentran, muy raramente, en cantidades explotables. [59] [60] [61] Algunos yacimientos de zinc, cobre y plomo contienen suficiente germanio para justificar la extracción del concentrado de mineral final. [57] Un proceso de enriquecimiento natural inusual provoca un alto contenido de germanio en algunas vetas de carbón, descubierto por Victor Moritz Goldschmidt durante un amplio estudio de depósitos de germanio. [62] [63] La concentración más alta jamás encontrada fue en las cenizas de carbón Hartley con hasta un 1,6% de germanio. [62] [63] Los depósitos de carbón cerca de Xilinhaote , Mongolia Interior , contienen aproximadamente 1600  toneladas de germanio. [57]

Producción

En 2011 se produjeron alrededor de 118  toneladas de germanio en todo el mundo, principalmente en China (80 t), Rusia (5 t) y Estados Unidos (3 t). [29] El germanio se recupera como subproducto de los minerales de esfalerita de zinc , donde se concentra en cantidades de hasta el 0,3%, [64] especialmente de depósitos masivos de Zn – Pb – Cu (– Ba ) alojados en sedimentos de baja temperatura. y depósitos de Zn-Pb alojados en carbonatos. [65] Un estudio reciente encontró que al menos 10.000 t de germanio extraíble están contenidos en reservas conocidas de zinc, particularmente aquellas alojadas en depósitos tipo Mississippi-Valley , mientras que al menos 112.000 t se encontrarán en reservas de carbón. [66] [67] En 2007, el 35% de la demanda se cubrió con germanio reciclado. [57]

Si bien se produce principalmente a partir de esfalerita , también se encuentra en minerales de plata , plomo y cobre . Otra fuente de germanio son las cenizas volantes de las centrales eléctricas alimentadas a partir de depósitos de carbón que contienen germanio. Rusia y China utilizaron esto como fuente de germanio. [69] Los depósitos de Rusia están ubicados en el extremo este de la isla Sakhalin y al noreste de Vladivostok . Los depósitos en China se encuentran principalmente en las minas de lignito cercanas a Lincang , Yunnan ; También se extrae carbón cerca de Xilinhaote , en Mongolia Interior . [57]

Los concentrados de mineral son en su mayoría sulfurosos ; se convierten en óxidos calentándolos al aire en un proceso conocido como tostado :

GeS 2 + 3 O 2 → GeO 2 + 2 SO 2

Parte del germanio queda en el polvo producido, mientras que el resto se convierte en germanatos, que luego se lixivian (junto con el zinc) de las cenizas con ácido sulfúrico. Después de la neutralización, sólo el zinc permanece en solución mientras que el germanio y otros metales precipitan. Después de eliminar parte del zinc del precipitado mediante el proceso Waelz , el óxido Waelz residual se lixivia por segunda vez. El dióxido se obtiene como precipitado y se convierte con cloro gaseoso o ácido clorhídrico en tetracloruro de germanio , que tiene un punto de ebullición bajo y puede aislarse por destilación: [69]

GeO 2 + 4 HCl → GeCl 4 + 2 H 2 O
GeO 2 + 2 Cl 2 → GeCl 4 + O 2

El tetracloruro de germanio se hidroliza hasta obtener óxido (GeO 2 ) o se purifica mediante destilación fraccionada y luego se hidroliza. [69] El GeO 2 de gran pureza es ahora adecuado para la producción de vidrio de germanio. Se reduce al elemento haciéndolo reaccionar con hidrógeno, produciendo germanio adecuado para la óptica infrarroja y la producción de semiconductores:

GeO 2 + 2 H 2 → Ge + 2 H 2 O

El germanio utilizado en la producción de acero y otros procesos industriales normalmente se reduce utilizando carbono: [70]

GeO 2 + C → Ge + CO 2

Aplicaciones

Se estimó que los principales usos finales del germanio en 2007, en todo el mundo, fueron: 35% para fibra óptica , 30% para óptica infrarroja , 15% para catalizadores de polimerización y 15% para aplicaciones electrónicas y eléctricas solares. [29] El 5% restante se destinó a usos como fósforo, metalurgia y quimioterapia. [29]

Óptica

Un dibujo de cuatro cilindros concéntricos.
Una fibra óptica monomodo típica. El óxido de germanio es un dopante del núcleo de sílice (elemento 1).
  1. Núcleo 8 µm
  2. Revestimiento 125 µm
  3. Tampón 250 µm
  4. Chaqueta 400 micras

Las propiedades destacables de la germania (GeO 2 ) son su alto índice de refracción y su baja dispersión óptica . Esto lo hace especialmente útil para lentes de cámaras gran angular , microscopía y la parte central de fibras ópticas . [71] [72] Ha reemplazado a la titania como dopante para la fibra de sílice, eliminando el tratamiento térmico posterior que hacía que las fibras se volvieran quebradizas. [73] A finales de 2002, la industria de la fibra óptica consumía el 60% del uso anual de germanio en los Estados Unidos, pero esto es menos del 10% del consumo mundial. [72] GeSbTe es un material de cambio de fase utilizado por sus propiedades ópticas, como el utilizado en los DVD regrabables . [74]

Debido a que el germanio es transparente en las longitudes de onda infrarrojas, es un importante material óptico infrarrojo que puede cortarse y pulirse fácilmente para fabricar lentes y ventanas. Se utiliza especialmente como óptica frontal en cámaras termográficas que funcionan en el rango de 8 a 14  micrones para imágenes térmicas pasivas y para detección de puntos calientes en aplicaciones militares, de visión nocturna móvil y de extinción de incendios. [70] Se utiliza en espectroscopios infrarrojos y otros equipos ópticos que requieren detectores infrarrojos extremadamente sensibles . [72] Tiene un índice de refracción muy alto (4,0) y debe recubrirse con agentes antirreflectantes. En particular, un revestimiento antirreflectante especial muy duro de carbono similar al diamante (DLC), índice de refracción 2,0, es una buena combinación y produce una superficie dura como el diamante que puede soportar muchos abusos ambientales. [75] [76]

Electrónica

El germanio se puede alear con silicio , y las aleaciones de silicio-germanio se están convirtiendo rápidamente en un importante material semiconductor para circuitos integrados de alta velocidad. Los circuitos que utilizan las propiedades de las heterouniones Si-SiGe pueden ser mucho más rápidos que los que utilizan silicio solo. [77] Los chips de SiGe, con propiedades de alta velocidad, se pueden fabricar con técnicas de producción bien establecidas y de bajo costo en la industria de chips de silicio . [29]

Los paneles solares de alta eficiencia son un uso importante del germanio. Debido a que el germanio y el arseniuro de galio tienen una constante de red casi idéntica , se pueden utilizar sustratos de germanio para fabricar células solares de arseniuro de galio . [78] El germanio es el sustrato de las obleas de células fotovoltaicas multiunión de alta eficiencia para aplicaciones espaciales, como los Mars Exploration Rovers , que utilizan arseniuro de galio de triple unión en células de germanio. [79] Los LED de alto brillo, utilizados en los faros de los automóviles y para iluminar las pantallas LCD, también son una aplicación importante. [29]

Los sustratos de germanio sobre aislante (GeOI) se consideran un posible sustituto del silicio en chips miniaturizados. [29] Recientemente se ha informado sobre un circuito CMOS basado en sustratos GeOI. [80] Otros usos en electrónica incluyen fósforos en lámparas fluorescentes [34] y diodos emisores de luz (LED) de estado sólido. [29] Los transistores de germanio todavía se utilizan en algunos pedales de efectos por parte de músicos que desean reproducir el carácter tonal distintivo del tono "fuzz" de la era temprana del rock and roll , sobre todo el Dallas Arbiter Fuzz Face . [81]

El germanio se ha estudiado como material potencial para sensores bioelectrónicos implantables que se reabsorben en el cuerpo sin generar gas hidrógeno nocivo, reemplazando las implementaciones basadas en óxido de zinc y óxido de indio, galio y zinc . [82]

Otros usos

Foto de una botella de plástico transparente estándar.
Una botella de PET

El dióxido de germanio también se utiliza en catalizadores de polimerización en la producción de tereftalato de polietileno (PET). [83] El alto brillo de este poliéster se ve especialmente favorecido en las botellas de PET comercializadas en Japón. [83] En los Estados Unidos, el germanio no se utiliza para catalizadores de polimerización. [29]

Debido a la similitud entre la sílice (SiO 2 ) y el dióxido de germanio (GeO 2 ), la fase estacionaria de sílice en algunas columnas de cromatografía de gases puede reemplazarse por GeO 2 . [84]

En los últimos años, el germanio se ha utilizado cada vez más en aleaciones de metales preciosos. En las aleaciones de plata esterlina , por ejemplo, reduce las incrustaciones , aumenta la resistencia al deslustre y mejora el endurecimiento por precipitación. Una aleación de plata resistente al deslustre, registrada como Argentium, contiene un 1,2% de germanio. [29]

Los detectores semiconductores de germanio monocristalino de alta pureza pueden identificar con precisión fuentes de radiación, por ejemplo en la seguridad de los aeropuertos. [85] El germanio es útil para monocromadores de líneas de luz utilizadas en dispersión de neutrones monocristalinos y difracción de rayos X sincrotrón . La reflectividad tiene ventajas sobre el silicio en aplicaciones de neutrones y rayos X de alta energía . [86] Los cristales de germanio de alta pureza se utilizan en detectores para espectroscopia gamma y la búsqueda de materia oscura . [87] Los cristales de germanio también se utilizan en espectrómetros de rayos X para la determinación de fósforo, cloro y azufre. [88]

El germanio está emergiendo como un material importante para la espintrónica y las aplicaciones de computación cuántica basadas en espín . En 2010, los investigadores demostraron el transporte de espín a temperatura ambiente [89] y, más recientemente, se ha demostrado que los espines de electrones donantes en germanio tienen tiempos de coherencia muy largos . [90]

Importancia estratégica

Debido a su uso en electrónica y óptica avanzadas, el germanio se considera un elemento tecnológico crítico (por ejemplo, por la Unión Europea ), esencial para cumplir con la transición verde y digital . Como China controla el 60% de la producción mundial de germanio, mantiene una posición dominante sobre las cadenas de suministro del mundo. El 3 de julio de 2023, China impuso repentinamente restricciones a las exportaciones de germanio (y galio ), aumentando las tensiones comerciales con los aliados occidentales. Invocando "intereses de seguridad nacional", el Ministerio de Comercio chino informó que las empresas que pretendan vender productos que contengan germanio necesitarían una licencia de exportación. [91] Considera que dichos productos son artículos de "doble uso" que pueden tener fines militares y, por lo tanto, justifican una capa adicional de supervisión. La nueva disputa abrió un nuevo capítulo en la cada vez más feroz carrera tecnológica que ha enfrentado a Estados Unidos, y en menor medida a Europa, contra China. Estados Unidos quiere que sus aliados limiten en gran medida, o directamente prohíban, los componentes electrónicos avanzados vinculados al mercado chino para evitar que Beijing asegure la supremacía tecnológica global. China negó cualquier intención de represalia detrás de las restricciones a la exportación de germanio. [92] [93] [94] Tras las restricciones a la exportación de China, la empresa estatal rusa Rostec anunció un aumento en la producción de germanio para satisfacer la demanda interna. [95]

Germanio y salud

El germanio no se considera esencial para la salud de plantas o animales. [96] El germanio en el medio ambiente tiene poco o ningún impacto en la salud. Esto se debe principalmente a que normalmente se encuentra sólo como oligoelemento en minerales y materiales carbonosos , y las diversas aplicaciones industriales y electrónicas implican cantidades muy pequeñas que probablemente no se ingieran. [29] Por razones similares, el germanio de uso final tiene poco impacto en el medio ambiente como riesgo biológico. Algunos compuestos intermedios reactivos del germanio son venenosos (ver precauciones a continuación). [97]

Los suplementos de germanio, elaborados a partir de germanio tanto orgánico como inorgánico, se han comercializado como una medicina alternativa capaz de tratar la leucemia y el cáncer de pulmón . [26] Sin embargo, no existe evidencia médica de beneficio; Algunas pruebas sugieren que dichos suplementos son activamente dañinos. [96] La investigación de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) ha concluido que el germanio inorgánico, cuando se utiliza como suplemento nutricional , "presenta un peligro potencial para la salud humana ". [50]

Algunos compuestos de germanio han sido administrados por médicos alternativos como soluciones inyectables no permitidas por la FDA. Las formas inorgánicas solubles de germanio utilizadas al principio, en particular la sal de citrato-lactato, provocaron algunos casos de disfunción renal , esteatosis hepática y neuropatía periférica en personas que las utilizaron durante un largo plazo. Las concentraciones de germanio en plasma y orina en estos individuos, varios de los cuales murieron, eran varios órdenes de magnitud mayores que los niveles endógenos . Una forma orgánica más reciente, el sesquióxido de betacarboxietilgermanio ( propagermanio ), no ha mostrado el mismo espectro de efectos tóxicos. [98]

Ciertos compuestos de germanio tienen baja toxicidad para los mamíferos , pero tienen efectos tóxicos contra ciertas bacterias . [31]

Precauciones para compuestos de germanio químicamente reactivos

Si bien el uso del germanio en sí no requiere precauciones, algunos de los compuestos de germanio producidos artificialmente son bastante reactivos y presentan un peligro inmediato para la salud humana en caso de exposición. Por ejemplo, el tetracloruro de germanio y el germano (GeH 4 ) son un líquido y un gas, respectivamente, que pueden resultar muy irritantes para los ojos, la piel, los pulmones y la garganta. [99]

Ver también

Notas

  1. ↑ Del griego argyrodite significa que contiene plata . [10]
  2. ↑ Así como se había predicho la existencia del nuevo elemento, la existencia del planeta Neptuno había sido predicha alrededor de 1843 por los dos matemáticos John Couch Adams y Urbain Le Verrier , utilizando los métodos de cálculo de la mecánica celeste . Hicieron esto en un intento de explicar el hecho de que el planeta Urano , tras una observación muy cercana, parecía estar siendo sacado ligeramente de su posición en el cielo. [13] James Challis comenzó a buscarlo en julio de 1846 y avistó este planeta el 23 de septiembre de 1846. [14]
  3. ^ R. Hermann publicó afirmaciones en 1877 sobre su descubrimiento de un nuevo elemento debajo del tantalio en la tabla periódica, al que llamó neptunio , en honor al dios griego de los océanos y mares. [15] [16] Sin embargo, más tarde se reconoció que este metal era una aleación de los elementos niobio y tantalio. [17] El nombre " neptunio " se le dio más tarde al elemento sintético que se encuentra un paso después del uranio en la tabla periódica, que fue descubierto por investigadores de física nuclear en 1940. [18]

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enlaces externos

Wikisource tiene el texto del artículo de la Encyclopædia Britannica de 1911 " Germanio ".